观察法配不动了
1.6.3 节用观察法配平化学方程式：从原子数最多、最复杂的物质入手，一种一种地凑。对简单的反应这很好用，可是试试铜和稀硝酸的反应：
N 同时出现在 HNO₃、Cu(NO₃)₂ 和 NO 里，O 出现在四种物质里，凑来凑去很难一次凑对。氧化还原反应有一条额外的线索可以用：电子。
依据：得失电子总数相等
2.13.2 节说过，氧化还原反应中，还原剂失去的电子总数一定等于氧化剂得到的电子总数，电子不会凭空产生或消失。所以先让得失电子相等，就能定下氧化剂和还原剂（或它们的产物）的系数，剩下的物质再用观察法配平。这种方法叫化合价升降法oxidation-number method。
化合价升降法的步骤
以 Cu + HNO₃（稀）为例：
- 标出变价元素。 Cu：0 → +2，升高 2；N：+5 → +2（变成 NO 的那部分），降低 3。
- 算出每个化学式转移的电子。 每个 Cu 失去 2 个电子；每个 NO 中的 N 得到 3 个电子。如果一个化学式里有几个变价原子，要乘上原子个数。
- 使得失电子相等。 2 和 3 的最小公倍数是 6：Cu 配 3（失去 6 个），NO 配 2（得到 6 个）。
- 观察法配平其余物质。 3 个 Cu 进入 3 个 Cu(NO₃)₂，其中有 6 个没有变价的 N；加上变成 NO 的 2 个 N，共需 8 个 HNO₃。再看 H：8 个 HNO₃ 有 8 个 H，H₂O 配 4。
- 检查。 数一数每种原子（O：左边 24 个，右边 18 + 2 + 4 = 24 个）。
注意第 3 步的系数配在 NO 上，而不是 HNO₃ 上：HNO₃ 只有一部分被还原，另一部分只是提供 NO₃⁻。
下面换几个反应自己试试。前两步已经算好，第 3 步要你填两个系数，使失去和得到的电子一样多，然后看其余物质怎样配平：
半反应：把电子写出来
还可以把一个氧化还原反应拆成两个半反应half-reaction：一个只写氧化（失去电子），一个只写还原（得到电子），电子直接写进式子里。以铜置换银为例：
为了让得失电子相等，还原半反应乘 2，再把两式相加，两边的 2e⁻ 抵消：
离子方程式配平后，除了原子守恒，还要电荷守恒：左边 2 个 Ag⁺ 共 +2，右边 Cu²⁺ 也是 +2。2.13.4 节写原电池的电极反应，用的就是半反应。
和美国教材的不同
- 美国教材把这两种方法叫 oxidation-number method 和 half-reaction method，更常用半反应法。
- AP 和美国教材的半反应法常在酸性溶液中进行：先配平变价原子，再用 H₂O 补 O、用 H⁺ 补 H，最后用 e⁻ 配电荷。这一步这里不展开。
- 人教版写电极反应时常写成 Cu − 2e⁻ = Cu²⁺ 的形式；美国教材写成 Cu → Cu²⁺ + 2e⁻，电子写在生成物一边。
例题 1：氨的催化氧化
配平 NH₃ + O₂ → NO + H₂O（催化剂，加热）。
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标变价。 N：−3 → +2，升高 5；O：0 → −2，降低 2。H 一直是 +1，不用管。
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算每个分子转移的电子。 每个 NH₃ 有 1 个 N，失去 5 个电子；每个 O₂ 有 2 个 O，得到 2 × 2 = 4 个电子。
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得失相等。 5 和 4 的最小公倍数是 20：
所以 NH₃ 配 4，O₂ 配 5。
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观察法配其余物质。 4 个 N 变成 4 个 NO；左边 4 × 3 = 12 个 H，H₂O 配 6。
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检查 O。 左边 5 × 2 = 10 个，右边 4 + 6 = 10 个。
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常见错误。 只按 1 个 O 算，以为 O₂ 得到 2 个电子。电子数要按整个分子算：O₂ 有 2 个 O，得到 4 个。
例题 2：用半反应配平离子方程式
铝片放入硫酸铜溶液中，铝表面析出铜。写出半反应，配平离子方程式。
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氧化半反应。 Al 失去 3 个电子：
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还原半反应。 Cu²⁺ 得到 2 个电子：
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得失相等。 3 和 2 的最小公倍数是 6：氧化半反应乘 2，还原半反应乘 3：
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相加。 两边的 6e⁻ 抵消：
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检查。 原子：2 个 Al、3 个 Cu，两边相等。电荷：左边 3 × (+2) = +6，右边 2 × (+3) = +6，电荷守恒。
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常见错误。 写成 Al + Cu²⁺ → Al³⁺ + Cu。原子守恒了，电荷却不守恒（左边 +2，右边 +3）。离子方程式要同时检查原子和电荷。
- Al + Fe₂O₃ → Al₂O₃ + Fe（高温）中 Al 的系数
Al 失去 3 个电子，Fe₂O₃ 得到 2 × 3 = 6 个：2Al + Fe₂O₃ → Al₂O₃ + 2Fe。
- Fe + Cl₂ → FeCl₃（点燃）中 Cl₂ 的系数
Fe 失去 3 个电子，Cl₂ 得到 2 个，最小公倍数 6：2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃。
- NH₃ + O₂ → NO + H₂O 中 O₂ 的系数
见例题 1：4NH₃ + 5O₂ → 4NO + 6H₂O。
- 同上反应中 H₂O 的系数
4 个 NH₃ 有 12 个 H，H₂O 配 6。
- Cu + HNO₃(稀) → Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O 中 HNO₃ 的系数
3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O。
- 同上反应中 Cu 的系数
Cu 失去 2 个，NO 得到 3 个，最小公倍数 6，Cu 配 3。
- 同上反应中 H₂O 的系数
8 个 HNO₃ 有 8 个 H，H₂O 配 4。
- MnO₂ + HCl(浓) → MnCl₂ + Cl₂ + H₂O 中 Cl₂ 的系数
Mn 得到 2 个电子，生成 1 个 Cl₂ 失去 2 个：MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O。
- Zn + Ag⁺ → Zn²⁺ + Ag 中 Ag⁺ 的系数
Zn 失去 2 个电子，每个 Ag⁺ 得到 1 个：Zn + 2Ag⁺ → Zn²⁺ + 2Ag，电荷两边都是 +2。
常见误区
误区 1：“原子数配平了，离子方程式就配平了。” Cu + Ag⁺ → Cu²⁺ + Ag 两边原子数相等，但左边电荷是 +1，右边是 +2。离子方程式还要电荷守恒，正确的是 Cu + 2Ag⁺ → Cu²⁺ + 2Ag。
误区 2：“算电子时只看化合价变了多少。” 还要乘上一个化学式里变价原子的个数。每个 Fe₂O₃ 中有 2 个 Fe，从 +3 降到 0，共得到 2 × 3 = 6 个电子，不是 3 个。
误区 3：“HNO₃ 的系数就是被还原的那部分。” Cu 和稀硝酸的反应中，8 个 HNO₃ 只有 2 个被还原成 NO，另外 6 个提供 Cu(NO₃)₂ 中的 NO₃⁻。所以电子数要配在 NO 上，HNO₃ 的系数最后用 N 原子守恒求出。
即时小测
配平 □Al + □O₂ → □Al₂O₃ 后，O₂ 的系数是？
Al 失去 3 个电子，O₂ 得到 4 个，最小公倍数 12：Al 配 4，O₂ 配 3，即 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃。
在 Cu + 2Ag⁺ → Cu²⁺ + 2Ag 中，转移的电子数是？
1 个 Cu 失去 2 个电子，2 个 Ag⁺ 各得到 1 个，共转移 2 个电子。
小结
- 配平氧化还原方程式的依据是得失电子总数相等，再加上原子守恒（离子方程式还有电荷守恒）。
- 化合价升降法：标变价 → 算每个化学式转移的电子（乘原子个数）→ 取最小公倍数使得失相等 → 观察法配平其余物质 → 检查。
- 半反应法：分别写出氧化半反应和还原半反应，乘上倍数使电子数相等，再相加。
通往 AP（以后再看）
AP 4.9 要求能写出并配平氧化还原反应的半反应和总反应，常常在酸性溶液中，要用 H₂O 和 H⁺ 配平 O 和 H。第 9 单元计算电池电动势和电解的电量时，都要先知道半反应里转移了几个电子。